JP2001185188A - 炭素および水素含有流体のためのタンク - Google Patents

炭素および水素含有流体のためのタンク

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JP2001185188A JP2000389749A JP2000389749A JP2001185188A JP 2001185188 A JP2001185188 A JP 2001185188A JP 2000389749 A JP2000389749 A JP 2000389749A JP 2000389749 A JP2000389749 A JP 2000389749A JP 2001185188 A JP2001185188 A JP 2001185188A
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ハース クラウス
Markus Hoelzle
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Michael Sprague
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BASF SE
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低純度の流体にも適した炭素および水素含有
流体のためのタンクを提供する。 【解決手段】 本発明のタンクは、燃料電池装置に作動
媒体を供給するための炭素および水素含有流体を受容す
るものであり、タンクが、流体のための入口および出口
と、入口および出口の間に配置された流体清浄化のため
の少なくとも1つの流体用の濾過装置とを有するもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池装置に作
動媒体を供給するための炭素および水素含有流体を受容
するためのタンクおよびそのタンクの用途に関する。
【0002】
【従来の技術】例えばメタノールで燃料電池を作動する
ように、作動媒体として種々の流体で異なる装置を作動
することが知られている。燃料電池装置においては、水
素は作動媒体から得られ、燃料電池内の制御された条件
下で酸素と反応するようにされている。このようにして
得られる電力は、電気的負荷により使用されることがで
きる。
【0003】液体作動媒体は水素に高貯蔵密度を与え
る。特に、燃料電池が例えば車両のような非定置装置で
使用される場合、比較的大容量の水素ガスを輸送および
/または貯蔵することに関して、利用可能な空間と安全
性の問題について制限が存在する。同様に、特に燃料電
池車の場合は、作動媒体、特に水素が適度に広範囲にわ
たる領域で供給されることを確実にすることが必要であ
る。
【0004】メタノールまたはその他の炭素および水素
含有流体のような作動媒体を使用することに関する主な
利点は、例えばメタノールが、例えば水素ガスより非常
に少ない経費で、媒体補給所において入手可能であり得
ることである。
【0005】燃料電池車のプロトタイプは、例えばメタ
ノールまたはジメチルエーテルのような化学的に高純度
の媒体により作動されるが、それは、作動媒体内の望ま
しくない添加物質が燃料電池装置内を容易に浮遊連行さ
れ、それにより燃料電池装置内の化学的活性領域を汚染
し得るからである。他方において、そのような作動流体
を媒体補給所で充填され得る燃料電池車の商業的運転に
おいては、燃料電池装置の種々の化学的活性領域で許容
可能な程度より高い程度の作動媒体の汚染が、慣用の輸
送路および輸送方法のために予期されなければならな
い。
【0006】従前の出願DE19847985には、メ
タノールのためのフィルター手段を使用する燃料電池車
の作動媒体用タンクが記載されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、低純
度の流体にも適した炭素および水素含有流体のためのタ
ンクを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的は、独立請求項
に記載の特徴によって達成される。本発明のその他の利
点および改良点は、その他の請求項および明細書の記載
によって明らかとなる。
【0009】炭素および水素含有流体を収容するための
本発明のタンクは、流体のための入口および出口と、そ
の入口および出口の間に配置されている流体の清浄化の
ための少なくとも1つの流体用の濾過装置とを有してい
る。
【0010】その濾過装置は、少なくとも流体の構成成
分のための少なくとも2つの異なる透過性を有するゾー
ンを有する複合体からなることが特に好ましい。
【0011】生成および輸送の結果、流体中に混入され
得る汚染物質が除去されることが利点である。特定の汚
染物質を選択して除去できることが特に有利である。
【0012】タンクは、液体炭素および水素含有媒体を
清浄化するために使用されることが好ましい。
【0013】タンクは、アルコール、特にメタノールを
清浄化するために使用されることが好ましい。
【0014】タンクは、炭化水素を清浄化するために使
用されることが好ましい。
【0015】タンクは、エーテル、特にジメチルエーテ
ルを清浄化するために使用されることが好ましい。
【0016】このタンクの用途は燃料電池装置において
特に好ましい。
【0017】燃料電池装置、好ましくは燃料電池車にお
いて、作動媒体を清浄化するためのタンクの好ましい用
途において、例えば、改質器、CO酸化器、および/ま
たは燃料電池のような装置に含まれる触媒成分が、触媒
汚染から保護される。さらに、パイプラインや熱交換器
等のような金属部品が、腐食性汚染物質から保護され、
その耐用年数が延長される。さらに、商業的純度を有す
る作動媒体の価格は、必要な高純度を有する媒体の価格
よりかなり低いので、作動コストを節約することができ
る。
【0018】ラインおよび通路で起こり得る詰まりの防
止は、その他の利点として考えることができる。例え
ば、蒸発器は通常狭いチャネルを有しているが、それは
汚染物質によって容易に詰まり得るものである。
【0019】タンクのその他の好ましい用途は、燃料電
池車のための充填装置における使用に関する。この場
合、清浄化され、または少なくとも予備清浄化された作
動媒体は、この作動媒体で間接的または直接的に作動さ
れる車両に充填され得る。
【0020】言うまでもないことであるが、上記の特徴
および以下に説明するその他の特徴は、個々の特記した
組み合わせにおいてのみならず、その他の組み合わせ、
または本発明の範囲から逸脱しない範囲において独立し
て使用することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
をより詳しく説明する。図1は、本発明の好ましいタン
クの基本的な代表例を示す図である。
【0022】本発明は、燃料電池の作動媒体として使用
される炭素および水素含有流体、特に好ましくは流体と
してのメタノールに好適なタンクについて、以下説明さ
れる。しかしながら、本発明は、この作動媒体に限定さ
れず、その他の作動媒体についても使用することができ
る。特に、タンクは水および/または水/メタノール混
合物に対して適している。タンクは液体および気体状の
流体に使用されることができる。タンクは、好ましく
は、炭素含有水素支持物質、特に好ましくは例えばアル
コール、炭化水素、エーテルまたはエステルのような酸
素含有物質のために使用することが好ましい。
【0023】図示の好適なタンクGは、入口Eおよび出
口Aと、濾過装置Dとして流体Bのための浄化装置を有
している。流体Bは、例えば燃料電池装置のための作動
媒体を示している。濾過装置Dは好ましくは、種々のゾ
ーン1、2、3、4、5から成る複合体Vから形成され
ることが好ましい。濾過装置Dは、この順番でそこを流
れる作動媒体Bを有する。作動媒体Bの流れ方向を矢印
で示す。ゾーン1、2、3、4、5は、好ましくは流体
Bから分離される構成成分を各位置において取り込む。
【0024】各ゾーン1、2、3、4、5は、作動媒体
Bの異なる構成成分に対して異なる透過性を有してい
る。複合体Vは好ましくは少なくとも2つのそのような
ゾーンを有しているが、より多くのゾーンを有すること
ができる。このゾーンは好ましくは吸着器である。
【0025】作動媒体としてのメタノールに特に好まし
いタンクGにおいて、濾過装置Dのゾーン1は粒子フィ
ルターであり、ゾーン2は炭化水素のためのフィルター
であり、ゾーン3は、高級アルコール、ケトン、エステ
ルおよびジメチルエーテルのためのフィルターであり、
ゾーン4は塩化物のためのフィルターであり、ゾーン5
はイオウ化合物のためのフィルターである。これらのゾ
ーンの順番は、上記したものから変えてよいことはもち
ろんである。
【0026】炭化水素、高級アルコール、ケトン、エス
テルおよびジメチルエーテルを除去するための好ましい
物質は、活性炭素および/またはゼオライトであり、塩
化物の除去のために好ましい物質は、酸化銅および/ま
たはその他の金属塩および/またはイオン交換樹脂であ
る。
【0027】メタノールのような燃料電池作動媒体にお
ける特に困難な汚染物質は、粒状物、パラフィン系炭化
水素、塩素化炭化水素および無機塩素化合物、より広範
囲のハロゲン化水素および無機ハロゲン化合物、高級ア
ルコール、ジメチルエーテル、エステル、ケトン、イオ
ウ化合物および添加物質(火炎性着色料、着色剤、臭気
付与剤)である。
【0028】濾過装置Dを有する本発明のタンクGにお
ける用途に適した特に好ましい吸着物質は、活性炭素、
酸化銅、ゼオライト分子篩、表面リッチ金属酸化物、例
えば、SiO、MgO、ZnOまたはその他の金属酸
化物およびイオン交換樹脂である。
【0029】その他の好ましいタンクGは、濾過装置D
として、異なる吸着物質の混合物から形成された単一ゾ
ーンを有している。
【0030】その他の好ましいタンクの改良点は、その
上またはその中で物質混合物を所望の作動媒体に化学的
に転化し得る膜を有する濾過装置Dのゾーンを少なくと
も1つ備えることであり、分子篩は特にこの目的のため
に使用することができる。少なくとも1つのゾーンは、
吸着物質の3次元混合物を有することができ、また流体
Bの少なくとも1つの構成成分に対して半透過性である
膜を有することができ、またセラミック体を有すること
ができる。
【0031】また、1つのタンクGにおいて互いに異な
る種々の形状の濾過装置Dを組み合わせることも可能で
ある。
【0032】本発明のタンクGは、燃料電池装置の作動
媒体のために使用することが特に好ましい。特に好まし
い配置において、タンクGは、媒体のための入口と、第
1および第2出口を有する。タンクGは、少なくとも1
つの濾過装置により、少なくとも入口側の内部空間と入
口から離れた内部空間に区画分けされる。第1出口は、
入口側の内部空間に配置され、第2出口は入口から離れ
た内部空間に配置される。
【0033】燃料電池車内の作動媒体タンクとして、ま
たは燃料電池車のための充填装置内の作動媒体タンクと
して、このようなタンクを使用することが特に好まし
い。
【0034】燃料電池装置内、例えば液体作動媒体を蒸
発させるための蒸発器の前方における燃料供給ライン内
に、本発明によるタンクGを直接配置することも好まし
い。このような清浄装置は、汚染物質から保護されるべ
きそのような構成要素の前方に、作動媒体の流れの方向
に関して、流入側に好都合に装着される。
【0035】汚染されたメタノールは、タンクの濾過装
置Dを通過する。この場合、その汚染物質は、吸着およ
び/または濾過により、フィルターすなわち濾過装置D
によって捕獲される。清浄化されたメタノールは、濾過
装置Dから放出される。
【0036】1つの特別な利点として、作動媒体の清浄
化は、燃料電池車内で好適に行われることが挙げられ
る。代替的に、作動媒体の対応する清浄化は、媒体補給
所において、例えば分配ポンプで直接行うこともでき
る。特に作動媒体としてのメタノールの場合、炭化水素
を汚染物質として抽出し、車両燃料内でさらに使用する
ため局部的に好都合に通過させることができる。
【0037】例えば、燃料電池車またはいくつかのその
他の装置において本発明のタンクを使用する場合、例え
ば、改質器、CO酸化器および/または燃料電池のよう
な燃料電池装置に含まれる触媒成分が、触媒汚染から保
護される。さらに、パイプラインや熱交換器等の金属部
品が、腐食性汚染物質から保護され、その耐用年数が延
長される。さらに、商業的純度を有する作動媒体の価格
は、必要な高純度を有する媒体よりかなり低いので、作
動コストを抑えることができる。
【0038】本発明によるタンクGは、例えば、「満」
または「空」のように濾過装置Dの充填レベルを示す指
示装置を有することが好ましい。濾過装置Dが交換可能
なように配置されていることは特に好都合であり、任意
の交換間隔および/または充填レベルの指示により、必
要な場合および必要なときに、新しい濾過装置Dを挿入
することができる。
【0039】タンクGは、炭化水素および塩素化合物、
特に塩素塩の作動媒体を清浄化するために好ましく使用
される。特に塩素は、銅含有触媒が望ましくない方法に
よって燃料電池装置の改質ユニット内で焼結することを
促進させるので、好ましい燃料電池装置において問題が
ある。この場合、約10ppbのような微量の汚染物質
量は、触媒にとって有害である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましいタンクの基本的な代表例を示
す図である。
【符号の説明】
A 出口 B 流体 D 濾過装置 E 入口 G タンク 1〜5 ゾーン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500074800 Neue strasse 95 Kirc hheim/Teck−Nabern D eutschland (71)出願人 500333051 Ludwigshafen Deutsc hland (72)発明者 シュテファン ボーンベルク ドイツ国 72660 ボイレン ホーエンノ イフェンシュトラーセ 32 (72)発明者 マルティン カール ドイツ国 73272 ナイドリンゲン ゴッ トリープ−シュトール−シュトラーセ 25 (72)発明者 トーマス レーザー ドイツ国 73265 デッティンゲン/テッ ク ケルターシュトラーセ 15 (72)発明者 マーティン シュスラー ドイツ国 89073 ウルム ヘンプフェル ガッセ18 (72)発明者 デトレーフ ツーア メゲーデ ドイツ国 73230 キルヒハイム/テック アーレマンネンシュトラーセ 9 (72)発明者 クラウス ハース ドイツ国 67317 アルトライニンゲン シュターレンヴェーク 6 (72)発明者 マークス ヘルツレ ドイツ国 67281 キルヒハイム/ヴェー シュトラーセ ヴァインシュトラーセ ジ ュート 6ハー (72)発明者 ミヒャエール シュプラーグ ドイツ国 68161 マンハイム ラッハナ ーシュトラーセ 3

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料電池装置に作動媒体を供給するため
    の炭素および水素含有流体(B)を受容するためのタン
    ク(G)であって、タンク(G)が、流体(B)のため
    の入口(E)および出口(A)と、入口(E)および出
    口(A)の間に配置されている流体(B)の清浄化のた
    めの少なくとも1つの流体用の濾過装置(D)とを有す
    ることを特徴とするタンク。
  2. 【請求項2】 濾過装置(D)が、少なくとも流体
    (B)の構成成分について異なる透過性を有する領域を
    含む少なくとも1つのゾーン(1、2、3、4、5)を
    有することを特徴とする請求項1記載のタンク。
  3. 【請求項3】 濾過装置(D)が、少なくとも流体
    (B)の構成成分について異なる透過性を有する少なく
    とも2つのゾーン(1、2)を有する複合体により形成
    されることを特徴とする請求項1記載のタンク。
  4. 【請求項4】 濾過装置(D)の少なくとも1つのゾー
    ン(1、2、3、4、5)が、吸着器であることを特徴
    とする請求項1記載のタンク。
  5. 【請求項5】 濾過装置(D)の少なくとも1つのゾー
    ン(1、2、3、4、5)が、粒子フィルターであるこ
    とを特徴とする請求項1記載のタンク。
  6. 【請求項6】 濾過装置(D)の少なくとも1つのゾー
    ン(1、2、3、4、5)が、流体(B)の少なくとも
    1つの構成成分を化学的に転化する能力を有することを
    特徴とする請求項1記載のタンク。
  7. 【請求項7】 濾過装置(D)の少なくとも1つのゾー
    ン(1、2、3、4、5)が、吸着物質の3次元混合物
    を有することを特徴とする請求項1記載のタンク。
  8. 【請求項8】 濾過装置(D)の少なくとも1つのゾー
    ン(1、2、3、4、5)が、流体(B)の少なくとも
    1つの構成成分に対して半透過性である膜を有すること
    を特徴とする請求項1記載のタンク。
  9. 【請求項9】 濾過装置(D)が分子篩を有することを
    特徴とする請求項1記載のタンク。
  10. 【請求項10】 濾過装置(D)の少なくとも1つのゾ
    ーン(1、2、3、4、5)が、セラミック体を有する
    ことを特徴とする請求項1記載のタンク。
  11. 【請求項11】 濾過装置(D)が、交換可能であるこ
    とを特徴とする請求項1記載のタンク。
  12. 【請求項12】 タンク(G)が、濾過装置(D)のた
    めの充填レベル指示装置を有していることを特徴とする
    請求項1記載のタンク。
  13. 【請求項13】 メタノールの清浄化のための請求項1
    〜12のいずれかに記載のタンクの用途。
  14. 【請求項14】 ジメチルエーテルの清浄化のための請
    求項1〜13のいずれかに記載のタンクの用途。
  15. 【請求項15】 燃料電池車における請求項1〜14の
    いずれかに記載のタンクの用途。
  16. 【請求項16】 燃料電池車のための充填装置における
    請求項1〜15のいずれかに記載のタンクの用途。
JP2000389749A 1999-12-24 2000-12-22 炭素および水素含有流体のためのタンク Pending JP2001185188A (ja)

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